1.Gaz doskonały – zwany gazem idealnym jest to abstrakcyjny, matematyczny model gazu, spełniający następujące warunki:

1. brak oddziaływań międzycząsteczkowych z wyjątkiem odpychania w momencie zderzeń cząsteczek

2. objętość cząsteczek jest znikoma w stosunku do objętości gazu

3. zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste

4. cząsteczki znajdują się w ciągłym chaotycznym ruchu

http://pl.wikipedia.org/wiki/Gaz_doskona%C5%82y - 1 pytanie

2. parametry ekstensywne – zależne od ilości materii w układzie: masa i objętość

parametry intensywne – nie zależne -,,- : temperatura i ciśnienie i ułamek molowy

stosunek m/V jest zawsze parametrem intensywnym

PYTANIE 3 I 6

Przemiana izotermiczna charakteryzuje się tym, że T=const i ΔU = 0. Na podstawie I zasady termodynamiki: Q+W=0, czyli: Q= −W. Wniosek: W stałej temperaturze energia wewnętrzna gazu nie zmienia się. Z zasady termodynamiki wynika, że aby to było możliwe, całe dostarczone do gazu ciepło musi być zużyte przez gaz na wykonanie pracy podczas rozprężania się. Z kolei, jeśli gaz jest sprężany (praca jest wykonana nad gazem), to musi całą energię przekazaną mu w ten sposób oddać w postaci ciepła. Praca w przemianie izotermicznej związana jest ze zmianą objętości od V1 do V2. Obliczamy ją według wzoru:

W tej przemianie temperatura jest stała, a pozostałe dwa parametry ulegają zmianie zgodnie z prawem Boyle’a-Mariotte’a: Ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości gazu, co przedstawia wykres: Iloczyn ciśnienia i objętości ustalonej porcji gazu poddanego przemianie izotermicznej jest w każdym stanie gazu taki sam. Przykładowo dla dwóch różnych stanów opisanych przez parametry (p1, V1, T) i (p2, V2, T)mamy: p1 ⋅ V1 = p2 ⋅ V2.

Przemiana izochoryczna charakteryzuje się tym, że: V = const oraz W = 0 i ΔU = Q. Wniosek: Przy stałej objętości gazu nie ma sprężania, ani rozprężania gazu. Praca jest wtedy równa zeru, a jedyną przyczyną zmiany energii wewnętrznej jest ciepło wymienione przez gaz z otoczeniem: Q = n ⋅ Cv ⋅ ΔT. Gdy gaz przyjmie ciepło, to jego energia wewnętrzna wzrośnie. Tym samym wzrośnie temperatura gazu, co zgodnie z prawem Charlesa doprowadzi do wzrostu jego ciśnienia. Gdy gaz odda ciepło, jego energia wewnętrzna zmaleje. Oznacza to zmniejszenie temperatury gazu i na podstawie prawa Charlesa, spadek jego ciśnienia.

W tej przemianie objętość jest stała, a pozostałe dwa parametry zmieniają się zgodnie z prawem Charlesa: Ciśnienie jest wprost proporcjonalne do temperatury, co przedstawia wykres: Stosunek ciśnienia do temperatury dla ustalonej porcji gazu poddanego przemianie izochorycznej jest taki sam w każdym stanie tego gazu. Przykładowo dla dwóch różnych stanów opisanych przez parametry (p1, V, T1) i (p2, V, T2) mamy:

Przemiana izobaryczna charakteryzuje się tym, że: p = const. W ≠ 0, Q ≠ 0 i ΔU=Q+W. Wniosek: Gdy gaz pobiera ciepło (Q > 0) i ma mieć przy tym stałe ciśnienie, to musi się rozprężyć wykonując pracę (W < 0). Na skutek tego wzrośnie jego objętość, co zgodnie z prawem Gay-Lussaca prowadzi do wzrostu temperatury gazu i tym samym do wzrostu jego energii wewnętrznej. Jeśli gaz jest sprężany (W > 0), to zmniejsza się jego objętość. Aby ten proces mógł zachodzić przy stałym ciśnieniu gaz musi oddać ciepło do otoczenia (Q < 0).Wtedy zgodnie z prawem Gay-Lussaca zmniejszeniu objętości towarzyszy spadek temperatury gazu, co oznacza zmniejszenie się energii wewnętrznej. Za każdym razem zmiana energii wewnętrznej jest algebraiczną sumą ciepła wymienionego przez gaz z otoczeniem i pracy. Przy czym: W = p(V1–V2), Q = nCp(T2–T1).

W tej przemianie ciśnienie gazu jest stałe, a pozostałe dwa parametry zmieniają się zgodnie z prawem Gay-Lussaca: Objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury, co przedstawia wykres: Stosunek objętości do temperatury dla ustalonej porcji gazu poddanego przemianie izobarycznej jest w każdym stanie tego gazu taki sam. Przykładowo dla dwóch różnych stanów opisanych przez parametry(p, V1, T1) i (p, V2, T2) mamy:

Przemiana adiabatyczna, charakteryzuje się tym, że: Q = 0 i ΔU=W. Wniosek: Gdy gaz jest sprężany adiabatycznie, to zgodnie z prawem Poissona silnie wzrasta ciśnienie gazu, a zgodnie z I zasadą termodynamiki następuje wzrost energii wewnętrznej o wartość równą pracy wykonanej nad gazem: Wzrost energii wewnętrznej jest przyczyną wzrostu temperatury gazu. Jeśli gaz się rozpręży (W < 0), to energia wewnętrzna gazu zmaleje o wartość pracy wykonanej przez gaz, a ciśnienie gazu zmaleje.

W tej przemianie zmianie ulegają wszystkie trzy parametry stanu gazu zgodnie z równaniem Poissona: gdzie κ – współczynnik adiabatyczny (Poissona) zależny od rodzaju gazu. Zależność ciśnienia od objętości w tej przemianie przedstawia wykres: Iloczyn ciśnienia i objętości podniesionej do potęgi dla każdego stanu jednakowej porcji gazu poddanego przemianie adiabatycznej jest taki sam. Przykładowo dla dwóch różnych stanów opisanych przez parametry (p1, V1, T1) i (p2, V2, T2)mamy: p1 ⋅ V^κ1 = p2 ⋅ V^κ2

PYTANIE 4

Energia wewnętrzna - całkowita energia układu będącą sumą: energii potencjalnej i kinetycznej makroskopowych części układu, energii kinetycznej cząsteczek (wynikającej z ruchu czasteczek i zderzeń), energii potencjalnej oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych.

PYTANIE 5

Pierwsza zasada termodynamiki – jedno z podstawowych praw termodynamiki, jest sformułowaniem zasady zachowania energii dla układów termodynamicznych. Zasada stanowi podsumowanie równoważności ciepła i pracy oraz stałości energii układu izolowanego^[1].

Dla układu zamkniętego (nie wymienia masy z otoczeniem, może wymieniać energię) zasadę można sformułować w postaci:

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła lub pracy^[2].

gdzie:

– zmiana energii wewnętrznej układu,

– energia przekazana do układu jako ciepło,

– praca wykonana na układzie.

W powyższym sformułowaniu przyjmuje się konwencję, że gdy:

• – do układu przepływa energia na sposób pracy,

• – układ traci energię na sposób pracy,

• – do układu przepływa energia na sposób ciepła,

• – układ traci energię na sposób ciepła.

W przypadku układu termodynamicznie izolowanego układ nie wymienia energii z otoczeniem na sposób pracy (W = 0), ani na sposób ciepła (Q = 0), wówczas:

PYTANIE 7

Zasada ekwipartycji energii – zasada termodynamiczna mówiąca (w oparciu o mechanikę statystyczną i przy założeniu obowiązywania mechaniki Newtona), że dostępna energia jaką dysponuje cząsteczka (np. gazu) rozkłada się "po równo" na wszelkie możliwe sposoby jej wykorzystania (tzw. stopnie swobody). Niezależnie od tego czy jest to stopień swobody związany z energią obrotu, ruchu postępowego czy związany z drganiami cząstek. Zgodnie z tym prawem średnia energia cząstki (energia o charakterze wewnętrznym - niezwiązana z ruchem całego układu) wynosi:

gdzie:

• – temperatura układu w kelwinach,

• – stała Boltzmanna,

• – liczba stopni swobody cząsteczki:

  • dla cząsteczek jednoatomowych (np. gazy szlachetne)

  • dla cząsteczek liniowych, (kolejno: ruchy postępowe, ruchy obrotowe, drgania wewnątrz cząsteczki)

  • dla cząsteczek nieliniowych,

  • dla brył sztywnych

  • – liczba atomów cząsteczki.

Uwagi o liczeniu stopni swobody cząsteczek

• W przypadkach ruchu w trzech wymiarach liczba stopni swobody związana z ruchem postępowym jest zawsze równa 3. Ruch w trzech prostopadłych kierunkach, pojedynczy atom ma tylko takie stopnie swobody.

• Z klasycznego punktu widzenia dla cząsteczek liniowych nie uwzględniamy obrotu wokół osi symetrii, ponieważ moment bezwładności wokół takiej osi jest znikomo mały (traktując atomy jako punkty materialne nawet wprost równy zeru). Z punku widzenia mechaniki kwantowej taki obrót nie zmienia nic w układzie (nie można rozpoznać czy cząstka się obróciła).

• Liczba stopni swobody związana z drganiami jest mnożona przez dwa, ponieważ uwzględnia się tu energię kinetyczną takich drgań jak i ich energię potencjalną (wartości średnie tych energii są sobie równe).

• Dla ciał stałych nie zachodzi ruch postępowy, ani obroty, a tylko drgania w trzech osiach (sieć krystaliczna), zatem tutaj .

PYTANIE 8

Wykładnik adiabaty w termodynamice – bezwymiarowa wielkość równa stosunkowi ciepła właściwego w przemianie izobarycznej do ciepła właściwego w przemianie izochorycznej. Występuje jako parametr w prawie Poissona opisującym przemianę adiabatyczną gazu doskonałego.

Wykładnik adiabaty nazywany jest również współczynnikiem w równaniu Poissona lub kappą, od nazwy greckiej litery, którą jest najczęściej oznaczany.

Zgodnie z definicją

gdzie:

– wykładnik adiabaty,

– ciepło właściwe w przemianie izobarycznej,

– ciepło właściwe w przemianie izochorycznej.

Zamiast ciepła właściwego może tu być użyte ciepło molowe, ponieważ dla danej substancji różnią się one o stały czynnik.

RESZTA W 3 i 6

PYTANIE 9

Przemiana izochoryczna – proces termodynamiczny zachodzący przy stałej objętości (V = const). Oprócz objętości wszystkie pozostałe parametry termodynamiczne mogą się zmieniać.

Podczas przemiany izochorycznej nie jest wykonywana praca, układ może wymieniać energię z otoczeniem tylko w wyniku cieplnego przepływu energii. Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że całe ciepło doprowadzone lub odprowadzone z gazu w procesie izochorycznym jest zużywane na powiększenie lub pomniejszenie jego energii wewnętrznej: δQ = dU.

Przekształcając wzór na ciepło właściwe otrzymujemy:

gdzie m jest masą gazu.

Izochory wody i pary wodnej na wykresie h-s (entalpia-entropia), czarnym kolorem naniesiona jest linia nasycenia, czerwonym – linie stałego stopnia suchości pary

W przypadku gazu doskonałego wzór ten jest słuszny dla dowolnego procesu, natomiast dla gazu rzeczywistego wzór ten jest słuszny tylko w zakresie niewielkich zmian temperatur. Przy większych zmianach ciepło właściwe c_V gazu rzeczywistego nie może być traktowane jako stała.

Zmianę energii wewnętrznej można obliczyć w następujący sposób:

gdzie:

• c_V – ciepło właściwe w procesie izochorycznym.

Proces izochoryczny można praktycznie zrealizować podczas ogrzewania lub oziębiania gazu w zbiorniku o stałej objętości, czyli wykonanego z materiału o zerowej rozszerzalności cieplnej.

RÓWNANIE MAYERA!!!

PYTANIE 10